1980’lerde ışık dalgaları ile haberleşme ortaya çıktı. ABD ve diğer sanayileşmiş milletler fiber optik kullanmaya başladılar ve o kadar çok kullandılar ki son on yıl ‘’camın on yılı’’ olarak adlandırıldı. Koaksiyel veya başka türden onlarca mil uzunluğundaki bakır kablolar, uzun mesafe haberleşmesinde modası geçmiş olarak kabul edildi. Bakır kablolar, band genişliği denilen çok fazla bilgi taşıma kapasitesine sahip olmadıkları için, fiber optik kablolar ile değiştirilmişlerdir.
Bir fiber optik haberleşme sisteminde, bilgi, metalik sistemlerdeki gibi elektron hareketiyle olmaktan ziyade ışık dalgasıyla taşınır. Optiksel fiber, içinde ışığın kolayca yayılabilmesi için temiz cam veya temiz plastikten yapılan şeffaf ince bir çubuktan ibarettir. Işık sinyali vericiden çıkarak çubuğun içindeki alıcıya gider ve çubuğun içindeki bu alıcıdan kolayca algılanabilir.
Bir fiber optik haberleşme sistemi üç ana bileşene sahiptir, elektrik sinyallerini ışık sinyallerine çeviren bir verici, sinyalleri iletmek için bir optik fiber ve diğer uçtaki sinyalleri yakalayıp onları elektrik sinyallerine çeviren bir alıcı.
Vericinin önemli bir parçası bir ışık kaynağıdır. Bu, ya bir iletkenden lazer diyod veya ışık yayıcı diyoddur. (LED). Bir optik fiber camdan yapılsa dahi, şaşırtıcı biçimde serttir. Aslında tel gibi bükülüp burulabilir. Bununla beraber optik fiberi uç uca eklemek zor olabilir, fiberlerin uçları mekanik ekleme veya fuzyon ile birleştirilebilir.
Optik fiberler, ultra saf oldukları için çok az iletim kayıplarına sahiptirler.
Her bir fiber üç kısma sahiptir. Fiberin merkezinde ışık sinyalini taşıyan nüve vardır. Nüve, ‘’kaplama’’ adı verilen yaklaşık olarak 125 pm çapındaki eş eksenli bir cam tabakası ile çevrelenmiştir. Kapsama, nüveden farklı bir kırma indisine sahip olduğu için ışığı nüvede muhafaza ederek tam iç yansıma oluşur. Kaplamanın çevresi, fiberi aşınma, baskı ve kimyasallardan koruyan poli üretan bir cekettir. Birden birkaç yüze kadar sayıdaki fiber, bir kablo oluşturmak için gruplandırılırlar.
IŞIK KURAMININ TARİHÇESİ :
Fiber optiğin insanları neden bu kadar çok etkilediğini anlamak için beklide önce ışık kuramının tarihçesine bakmak gerekir. Son 3000 yıl içinde ışık ile ilgili geliştirilen onlarca kuramdan önemli olan altısı şunlardır.
1) Dokunma
2) Işıma
3) Parçacık
4) Dalga
5) Elektromanyetik
6) Kuantum
Dokunma kuramı, temelinde hissetmeye dayalı bir teori. Eski çağlarda, gözün görünmez bir cisim göndererek maddeye dokunduğu ve onu algıladığı sanılırdı. Işıma kuramıysa dokunma kuramının tersine parlak cisimlerin gönderdiği ışın veya parçacıkların cisimler üzerinden sekerek göze gelmesine ve algılanmasına dayanır. Işıma kuramı 11. y.y. dokunma kuramına göre daha fazla kabul gördü.
Bundan sonra gelen iki kuram Sir Isaac Newton’un parçacık ve Christian Huygens’in dalga kuramları. Bunlar, birbirlerine tam ters olan kuramlardır. Newton’a göre ışık, parçacık olarak düz bir yol üzerinde yer alır. Diğer bir deyişle, ışık bir parçacık sistemidir ve kaynağında her yöne düz doğrular boyunca yayılır. Newton’un fizik yasası parçacıkların cisimlerden yansımasını açıklayabilir.
Huygens’in dalga kuramı ise Newton’un kuramını kabul etmiyor. Ona göre, eğer ışık parçacıklardan oluşsaydı birbiriyle karşılaşan ışık demetleri kendilerini yok etmeliydi. Huygens, bunu açıklamak için karşılaşan iki su akıntısını gösterdi. Gerçektende ışık böyle bir özellik göstermez ve ışık demetleri karşılaştıklarında, su örneğinde olduğu gibi bir olay ortaya çıkar. Huygens, ışığın bir dalga olduğunu öne sürdü. Ona göre ışık ve onunla ilgili olaylar tümüyle dalga kuramına oturtulmalıydı. Buna karşılık Newton da eğer ışık bir dalgaysa, hareketi boyunca rastladığı köşeleri de dönmesi gerektiğini ancak bunun olmadığını ileri sürerek dalga kuramını reddetti. Bu günün bilimi ise ışığın gerçekten köşeleri döndüğünü gösterebiliyor. Ancak dalga boyunun çok küçük olmasından dolayı bu olayın gözle görülmesi olası değil. Dalga kuramı 1800 ‘lü yıllarda kabul gördü. Parçacık kuramıysa 1800’lü yılların sonunda tamamen terk edildi.
Ondokuzuncu yüzyıl sonlarında, James Clerk Maxwell, elektrik, manyetizme ve ışığı bir kuramda birleştirdi.bu kurama elektromanyetik teori denildi. Maxwell’e göre ışık bir elektromanyetik dalgadır ve diğer elektromanyetik dalgaların özelliklerini gösterir. Maxwell, elektrik ve manyetik sabitlerden yararlanarak ışık hızını hesapladı. Gerçi bulduğu hız kabul edilebilir değer içinde; ancak Maxwell’in teorisi fotoelektrik etkisini açıklayamıyor.
1887’de Heinrich Hertz, metal üzerine gönderilen belli özellikteki ışığın, elektronları metal yüzeyinden kopardığını buldu. 1900’de Max Planck, ışık ile ilgili başka bir kuram geliştirdi. Buna göre ışık, içinde enerji olan küçük bir paket içinde iletilir ve madde tarafından emilir.bu küçük pakete ‘quanta’ adını verdi. Quanta içindeki enerji, ışığın frekansıyla doğru orantılı. Albert Einstein, Planck’ın kuramını tamamen kabul ederek ışığın quanta olarak iletilmesinin ve madde tarafından emilmesinin yanında, ışığın quanta olarak yol aldığını ileri sürdü. Einstein, quanta birimi olarak foton’u kabul etti. Değişiklikler, ışığın yoğunluğunu arttırıp azaltılarak ayarlanabiliyor ve hoparlör benzeri bir aleti çalıştırabiliyor.
FİBERİN KUA ÖZGEÇMİŞİ :
1854’te, John Tyndall, ışığın bükülmüş bir band içindeki sudan geçirebileceğini ve dolayısıyla ışığın eğilebileceğini gösterdi. 1880’de Alexander Graham Bell, ışık demeti üzerinden bir ses sinyalini ileten ‘’Photophone’’ isimli aleti buldu. Ancak elektrik sinyalini kullanarak ses iletişimini sağlayan telefonu bulduktan sonra bu çalışmasına devam etmedi. Photophone’un temel sorunu, ışık sinyalinin havadan geçerken atmosferik olaylardan etkilenmesiydi. Örneğin, bulutlu bir havada sinyal bozulabiliyordu. Aynı yıl, William Wheeler, içi kaplanmış ışık borusunu kullanarak ışığı yönlendiren olaylar deneyler yaptı.
1888’de, Viyana’da Roth ve Reuss sağlık bilimleri grubu, bükülmüş ışık borularını insan insan vücudunun tanınmasında kullandılar.
1895’te, Fransız mühendis Henry Saint-Rene, bükülmüş cam borularından yararlanarak görüntüleri aktarmaya yarayan bir sistem tasarımı geliştirdi.
1898 yılında Amerikalı David Simith, ameliyat lambası olarak kullanılabilen bir bükülmüş cam borunun patenti için başvurdu.
1920’lerde İngiliz John Logie Baird ve Amerikalı Clarence W.Hansell, televizyon ve faksın ilk örnekleri sayılan saydam cam borulardan oluşan ve görüntünün iletilmesine yarayan cihazları için patent aldılar.
1930’da alman tıp öğrencisi Heinrich Lamm, ilk kez vücudun görünmeyen yerlerini gözlemek amacıyla fiber optik kablolardan oluşan bir sistem kurdu. Ancak görüntüler oldukça yetersizdi ve patent alma girişimleri Hensell’in İngiliz patenti yüzünden geri çevrildi.
1905’te Einstein kuantum kuramını kullanarak fotoelektrik olayını açıkladı. Kuantum kuramını, iki temel kuramın, parçacık ve dalga kuramının birleştirilmesiydi. Bu birleştirme zorunluydu; ışık bazen parçacık bazen dalga özelliği gösterir. Işık, enejinin bir biçimidir. Fotonlar, ancak bir fotonun hareket halinde olması durumunda var olurlar.
Fiber optikle ışığın en yakın ilişkisi yansımadır. Newton yasaları ışığın nasıl yansıdığı açıklayabiliyor. Newton kuramına göre, ışığın bir yüzeye gelme açısıyla yansıma açısı değişmez. Işığın çok önemli bir özelliğiyse kırılma. Kırılma, ışığın değişik ortamlarda yol almasıyla ortaya çıkıyor. Belli özellikteki bir ortamdan, başka özellikteki bir ortama geçerken ışık kırılır. Işığın hızı, hareket ettiği ortama bağlı olarak bazen artar bazen de azalır. Örneğin, ışık havada camdan daha hızlı ilerler. Bir ortamdan diğerine geçerken ışık hızının değişmesi, onun kırılmasına neden olur.
Fiber optik teknolojisi, son birkaç yüzyıldır geliştirilen ışık kuramının bir sonucudur. Gördük ki eski zamanda ateş bir sinyal aracı olarak kullanılmıştı. Bilim geliştikçe haberleşmede kullanılan sinyalleme şekil değiştirdi. Ve bu işlem çok daha karışık bir hale geldi. Işıkla ilgili bilim adamlarının çalışmaları çok eskiye dayanmakla birlikte, fiber teknolojisindeki gelişme çok yenidir.
Tekrar geriye gittiğimizde, 1621 yılında Willebiord Sinell’in kendi adıyla bilinen kanununu formüle ettiğini görüyoruz. 1860’da Graham Bell, ses iletimini ses dalgaları tarafından titreştirilen aynalar kullanarak gösterdi. Ses, tarafından modüle edilen aynalar, ışığı bu modülasyona göre yansıtırlar. Modüle edilen bu ışığın selenyum plakası yüzeyine yansıtılması, yüzeydeki direnci değiştirir.
1954’te Hollandalı bilim adamı Abraham Van Heel ve İngiliz bilim adamı Harold H. Hopkins birbirlerinden bağımsız olarak görüntü paketleri konusunda makaleler yazdılar. Hopkins, üzeri başka bir camla kaplanmamış fiber kablo içinde ışığın iletimini anlatırken, Van Heel, fiber kablo üzerine kırılma indisi daha düşük bir cam kaplamanın dış etkenlerden ve diğer fiber kablolardan etkilenmesini azaltacağını buldu. O günlerde en büyük sorun, ışığın fiber boru içinde yol alırken sinyalin azalmasıydı.
1961’de American Optical’dan Elias Snitzer, tek modlu fiberlerin teorik tanımlanmasını yayımladı. Snitzer’in düşüncesi, insan vücudunun içine bakmayı amaçlayan sağlık bilimlerindeki uygulamalar için uygundu ve kayıp, bir metrede yaklaşık bir desibel civarındaydı. Ancak iletişim aletlerinde kabul edilebilir ışık şiddeti kaybının kilometrede 10 veya 20 desibel’in üzerinde olmaması gerekir.
1964’te Dr. C. K. Kao, uzun mesafeli iletişimde kullanılan kritik özellikleri fiber kablolar için tanımladı. Buna göre ışık şiddeti kaybı kilometrede 10 veya 20 desibel olarak belirlendi. Kao, aynı zamanda kayıpları azaltmak için daha saf cam kullanılması gerektiğini belirtti.
1970’te araştırmacılar, eritilerek birleştirilmiş, çok saf, erime sıcaklığı ve kırılma indeksi düşük olan silis üzerinde deneyler yapmaya başladılar. Araştırma grupları cama ekledikleri değişik malzemelerle fiber damarındaki kırılma indeksini fiber kabuğuna göre çok az miktarda arttırarak günümüzde kullanılan fiber kabloları elde etmeye başladılar. Cam konusunda uzman Robert Maurer, Donald Keck ve Peter Schultz, ilk fiber optik kabloyu veya fiber optik dalga kılavuzunu buldular. Bu kablo bakır kabloya göre 65.000 kat daha fazla bilgiyi binlerce kilometre uzağa götürebilmekteydi.
1975’de, ABD hükümeti Cheyenne Mountain’da bulunan NORAD karargahındaki bilgisayarları elektronik gürültüyü azaltmak amacıyla fiber kablo kullanarak birbirine bağlamaya karar verdi.
1977’de 2 km uzunluğundaki ilk fiber telefon iletişim hattı Chicago’da 672 ses kanalıyla kullanılmaya başlandı.
Günümüzde uzun mesafe iletişim trafiğinin %80’i fiber kablolar üzerinden yapılıyor. Değişik firmalar tarafından üretilen yaklaşık 25 milyon kilometrelik fiber kablo kullanılıyor.
